KR20180019950A - 전기자동차 충전장치 및 관리서버장치 - Google Patents

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Abstract

전기자동차 충전장치 및 관리서버장치를 개시한다.
본 발명의 실시예들은 전기자동차 완속 충전시스템에 있어서, 무선통신을 이용하여 인증, 계량, 감시, 표시 등의 기능을 제공함으로써 도전을 방지하고, 관리서버를 통해 각 충전장치의 전력사용 확인 및 제어가 이루어지도록 함으로써 여러 대의 자동차가 동시에 충전되더라도 전원이 차단되고 화재가 발생하는 위험을 방지할 수 있는 전기자동차 충전장치 및 관리서버장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.

Description

전기자동차 충전장치 및 관리서버장치{Apparatus and Management Server for Charging Electric Vehicle}
본 발명에 따른 실시예는 무선통신을 이용한 전기자동차 충전장치 및 관리서버장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
현재 전기자동차 충전시스템은 EVSE(Electric Vehicle Station Equipment)를 사용한 충전시스템과 ICCB(In-Cable Control Box)를 사용한 충전 시스템의 형태로 운용되고 있다.
EVSE를 사용한 충전시스템은 전력 공사 등을 실시하여 배전반에 연결된 EVSE를 필요한 위치에 설치하는 방식으로 운용된다. 이 충전시스템은 EVSE 용량에 따른 충전시간의 단축이 가능하여 비교적 충전시간이 짧고, 전력회사에서 설정한 전기자동차 전용 충전요금이 적용되므로 누진세가 부과되지 않아 충전요금이 저렴한 이점이 있다.
그러나, EVSE의 구매비용 및 전력공사비용 등으로 인해 고가의 설치비용이 필요하고 설치장소가 제한적이라는 단점이 있어 널리 확산되기에는 어려움이 있다.
ICCB를 사용한 충전시스템은 기존에 사용되고 있는 일반적인 전력공급 콘센트에 ICCB를 연결하여 충전하는 방식으로 운용되며, 콘센트가 설치된 곳이면 어디든지 충전이 가능하고 별도의 설치비용이 들지 않는 이점이 있으나, 전기공급이 가능한 일반적인 상용 콘센트에 인증기능이 없는 단순한 충전케이블을 대체 연결하여 충전이 가능하므로, 가정이나 건물 등 외부에 설치된 타인의 콘센트를 통해 도전으로 전기자동차 충전이 가능하다는 문제점이 발생한다.
또한, ICCB를 사용한 충전시스템은 각 콘센트의 충전량 확인 및 제어가 불가능하기 때문에 여러 대의 전기자동차가 동시에 충전되는 경우 과전류로 인하여 건물 내 분전반의 전원차단기가 전원을 차단할 수 있다. 과전류로 전원이 차단되는 문제를 해소하기 위해 차단기 용량을 늘리더라도 전원선 등 각 부품의 정격용량을 초과하여 화재의 위험성이 증가되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예들은 전기자동차 충전시스템에 있어서, 무선통신을 이용하여 인증, 계량, 감시, 표시 등의 기능을 제공함으로써 도전을 방지하고, 관리서버를 통해 각 충전장치의 전력사용 확인 및 제어가 이루어지도록 함으로써 여러 대의 자동차가 동시에 충전되더라도 전원이 차단되고 화재가 발생하는 위험을 방지할 수 있는 전기자동차 충전장치 및 관리서버장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 무선통신을 이용한 전기자동차 충전장치에 있어서, 관리서버 및 무선단말장치와 통신을 수행하는 통신모듈, 통신모듈을 통해 전기자동차 충전 인증 정보를 획득하는 충전인증부, 전기자동차로 공급되는 충전전류량 및 충전전력량 중 적어도 하나를 계측하는 계측부, 충전인증요청, 충전상태, 충전전류량 및 충전전력량 중 적어도 하나의 정보를 포함하는 충전정보를 관리서버로 전송하고, 관리서버로부터 획득한 최대 허용 충전전류량 정보를 이용하여 공급 가능한 충전전류량을 결정하는 제어부, 및 제어부에 의해 결정된 충전전류량에 따라 출력전원을 제어하여 충전 인증이 완료된 전기자동차에 대하여 충전전류를 공급하는 전원제어부를 포함하는 전기자동차 충전장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 전기자동차 충전인증요청에 따라 충전인증을 수행하는 충전인증부, 무선단말장치 및 전기자동차 충전장치와 통신을 수행하는 통신모듈, 일정 장소에 설치된 복수의 전기자동차 충전장치 각각에 대한 최대 허용 충전전류량을 결정하는 충전전류 관리부 및 복수의 전기자동차 충전장치로부터 획득한 충전전류량, 충전전력량, 충전개시정보, 충전진행률정보 및 충전완료정보 중 적어도 하나를 포함하는 충전정보를 이용하여 충전상태정보를 생성하고, 통신모듈을 통해 무선단말장치로 충전상태정보를 전송하는 충전상태 관리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전관리서버 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면 무선통신을 이용하여 인증, 계량, 감시, 표시 등의 기능을 제공함으로써 도전을 방지하고, 관리서버를 통해 각 충전장치의 전력사용 확인 및 제어가 이루어지도록 함으로써 여러 대의 자동차가 동시에 충전되더라도 전원이 차단되고 화재가 발생하는 위험을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 관리서버가 충전장치로부터 수신한 충전정보 및 충전장치가 설치된 장소의 전력용량을 고려하여 전원차단 및 화재의 위험을 방지할 수 있는 안전한 범위 내에서 효율적으로 충전이 수행될 수 있도록 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 충전장치와 전기자동차 외의 전기기기를 연결하여 전기자동차 충전 외의 목적으로 전기를 사용하거나 일반 상용 콘센트로부터 충전장치를 제거하고 충전케이블을 직접 연결하여 충전하는 등의 도전 문제를 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 각 충전장치의 실시간 충전정보를 사용자 및 충전장소 관리자에게 제공함으로써 편의를 제공하고 최적의 충전환경을 조성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 일반 상용 콘센트를 활용하여 충전을 수행할 수 있으므로 충전기의 소형화가 가능하고, 신규 설비를 구축할 필요없이 기존 시설을 활용할 수 있는 점에서 전기자동차 보급 확산에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전장치의 제어 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전장치의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전장치의 용도 외 사용방지 기능을 설명하기 위한 전류패턴의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전시스템의 과금 개념도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전방법의 인증과정을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전방법의 충전 제어과정을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전관리서버 장치의 개략적인 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어, '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전시스템은 전원공급부(10), 전기자동차 충전장치(100), 전기자동차 충전관리서버(30, 이하, '관리서버'), 무선단말장치(40), 및 기지국(20)을 포함한다.
전원공급부(10)는 예를 들어, 전력회사 또는 건물 관리소에서 공급되는 외부전원을 전기자동차에 공급할 수 있도록 충전장치(100)와 연결되는 하나 이상의 접속구가 구성된 일반 상용 콘센트이다. 전원공급부(10)는 충전소, 아파트, 일반주택 및 기타 건물 등 특정장소에 한정하지 않고 모든 장소에 구성될 수 있다.
전기자동차 충전장치(100)는 전원공급부(10)와 접속되는 입력플러그(130)를 구비하여 충전전력을 공급받을 수 있다. 사용자는 전기자동차 충전장치(100)와 전기자동차를 연결하는 충전케이블을 전원출력부(140)에 연결하여 전기자동차를 충전시킬 수 있다.
다른 실시예로 전원공급부(10)는 전기자동차 충전장치(100)에게 무선충전 방식에 따라 충전케이블, 입력플러그(130), 일반 상용 콘센트 없이 전력을 공급할 수 있다.
전기자동차 충전장치(100)는 안테나(110)와 충전제어모듈(120)을 포함하여 관리서버(30)와 충전관련정보를 교환함으로써 충전을 수행한다. 이러한 구성으로 본 발명의 실시예에 따른 충전장치(100)는 도전을 더욱 효과적으로 방지하고 건물의 전력용량에 적합한 충전환경을 제공하여 전원차단 및 화재 등의 위험성을 낮출 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 다른 도면을 참조하여 후술한다.
관리서버(30)는 충전장치(100)로부터 충전요청, 충전수행 시 계측되는 충전량, 충전현황 등 충전과 관련된 정보를 수신하여 충전제어정보를 생성하고, 생성한 충전제어정보를 충전장치(100)로 전송하여 충전수행을 관리할 수 있다.
관리서버(30)는 또한, 기지국(20)을 통해 충전관련정보를 무선단말장치(40)로 제공할 수 있다. 여기서 무선단말장치(40)는 사용자의 무선단말장치뿐만 아니라 전원공급부(10)가 설치된 장소의 관리자(예: 건물주)의 무선단말장치도 포함한다.
즉, 충전장치(100)의 사용자에게는 충전현황 등의 정보를 제공하여 충전의 편의를 제공하고, 관리자에게는 관리 장소에 설치된 복수의 충전장치(100)에 대한 전반적인 충전정보를 관리의 편의를 제공할 수 있다.
관리서버(30)에 대한 구체적인 설명은 다른 도면을 참조하여 후술한다.
무선단말장치(40)는 개인용 컴퓨터(PC: Personal Computer), 노트북 컴퓨터, 테블렛, 개인 휴대 단말기(PDA: Personal Digital Assistant), 휴대용 멀티미디어 플레이어(PMP: Portable Multimedia Player), 스마트폰(Smart Phone), 네비게이션 등과 같은 사용자 단말기일 수 있다. 또한, 응용 서버와 서비스 서버 등 서버 단말기일 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전장치의 제어 개념도이다.
도 2를 참조하면, 복수의 충전장치(100-1, 100-2, 100-3, …)는 일정 장소에 구비된 복수의 전원공급부(10) 각각에 접속되어 해당 장소(예: 건물)에 존재하는 분전반과 연결된 상태로 동작할 수 있다. 실시예에 따라 각각의 충전장치는 타 충전장치 및 분전반과 통신을 수행할 수 있을 것이다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전장치(100)에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전장치의 개략적인 구성도이다.
전기자동차 충전장치(100)의 충전제어모듈(120)은 통신모듈(210), 제어부(220), 충전인증부(230), 정류모듈(240), 계측부(270) 및 전원제어부(280)를 포함한다. 충전제어모듈(120)은 표시부(250) 및 탈착감시부(260)를 더 포함할 수도 있다. 도 2에서는 각각의 구성요소가 독립적으로 존재하는 것으로 표현되어 있으나, 실시예에 따라 복수의 구성요소가 하나의 구성단위로 합쳐져 구성될 수도 있다.
통신모듈(210)은 관리서버(30)와 통신을 수행한다. 통신모듈(210)은 무선통신모듈이며 예컨대, LPWA(Low Power Wide Area), LTE-M 등을 포함할 수 있다.
충전인증부(230)는 통신모듈을 통해 전기자동차 충전 인증 정보를 획득한다. 전기자동차 충전 인증 정보는 예를 들어, 충전장치 이용을 위해 미리 등록된 사용자 또는 전기자동차에 부여된 고유정보(예: 사용자 식별정보)를 의미할 수 있다. 사용자는 무선단말장치(40)에 탑재된 근거리 무선장치, 예를 들어 NFC 모듈 또는 별도로 지급된 RFID 모듈을 충전장치(100)에 근접하여 인식시킴으로써 인증절차를 개시할 수 있다. 이 경우, 충전인증부(230)는 RFID 리더 또는 NFC 리더로 구현될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 인증과정에 대해 설명하면, 제어부(220)는 무선단말장치(40)를 통해 획득된 사용자 식별정보를 포함한 인증요청 메시지를 통신모듈(210)을 통해 관리서버(30)로 전송한다. 관리서버(30)는 사용자 식별정보를 이용하여 충전을 수행할 권한이 있는 미리 등록된 사용자(또는 전기자동차)인지 확인하고, 인증결과 메시지를 생성하여 충전장치(100)로 전송한다. 제어부(220)는 관리서버(30)로부터 인증요청 결과 메시지를 수신하여 충전을 개시한다. 제어부(220)는 인증결과 메시지에 따라 사용자의 무선단말장치(40)로 인증결과를 전송할 수 있다.
전술한 인증과정 외에 다른 실시예에 따른 인증과정도 가능하다. 사용자가 무선단말장치(40)를 충전인증부(230)에 인식시키면, 제어부(220)는 통신모듈(210)을 통해 무선단말장치(40)로 충전장치 식별정보를 전송한다. 여기서 충전장치 식별정보는 해당 충전장치가 설치된 장소, 설치 장소 내 해당 충전장치의 위치, 해당 충전장치의 상태정보 등을 포함할 수 있다.
사용자 무선단말장치(40)는 수신한 충전장치 식별정보 및 사용자 식별정보를 포함한 인증요청 메시지를 관리서버(30)로 전송하고, 관리서버(30)는 인증요청에 따라 사용자 및 충전장치(100)에 대하여 인증을 수행하고 인증결과를 사용자 무선단말장치(40)로 전송한다. 사용자는 관리서버(30)로부터 무선단말장치(40)로 인증결과를 수신하여 충전을 개시할 수 있다.
계측부(270)는 전기자동차로 공급되는 충전전류량 및 충전전력량 중 적어도 하나를 계측한다. 계측부(270)에는 전류계 및 전력량계가 포함되어 충전수행 중의 충전전류량 및 충전전력량을 측정할 수 있다. 계측부(270)에 의해 측정된 충전전류량 및 충전전력량은 관리서버(30)로 전송되어 충전제어정보, 실시간 충전상태 정보, 과금정보 등을 생성하는데 이용될 수 있다.
제어부(220)는 관리서버(30)로 사용자에 의한 충전인증요청, 충전상태(예: 충전개시, 충전완료, 충전진행률) 및 계측량(예: 충전전류량, 충전전력량) 등의 정보를 포함한 충전정보를 전송한다. 여기서, 계측량은 주기적으로 관리서버(30)에 보고될 수 있고, 계측량의 변화가 생긴 경우에는 즉시 보고될 수 있다.
충전상태에 관한 정보는 충전현황(예: 충전개시, 충전완료 및 충전진행률 등)을 알리기 위한 정보를 의미하며, 애플리케이션 등을 통해 관리서버(30)에서 사용자 및 관리자의 무선단말장치(40)로 제공될 수 있다.
관리서버(30)는 충전정보를 이용하여 일정 장소에 설치된 복수의 충전장치(100) 각각에 대해서 최대 허용 충전전류량 정보를 생성하여 각 충전장치(100)로 해당 정보를 전송한다. 여기서 최대 허용 충전전류량 정보는 일정 장소에 설치된 복수의 충전장치 각각으로부터 수신한 충전정보 및 해당 장소의 전력용량을 고려하여 실시간으로 결정될 수 있다. 이에 따라 가변적인 충전환경에서도 최적의 충전전류량을 결정하여 충전장치(100)로 제공 가능하다.
또한, 최대 허용 충전전류량 정보는 해당 장소의 전원차단기 등 각 부품의 정격허용량 내 화재위험 등을 고려하여 안전한 범위 내에서 결정될 수 있다.
예를 들어, 기존 충전차량의 충전완료 또는 신규 충전수요 발생 시, 이에 대한 정보를 포함한 충전정보가 관리서버(30)로 전송되고, 관리서버(30)는 충전정보 및 충전장치가 설치된 일정 장소의 전력용량 이용하여 최대 허용 충전전류량 정보를 생성하여 해당 충전장치(100)로 전송할 수 있다. 이에 따라 본 실시예에 따른 충전시스템은 최적화된 충전환경을 제공하는 효과가 있다.
제어부(220)는 최대 허용 충전전류량 정보를 이용하여 공급 가능한 충전전류량을 결정한다. 공급 가능한 충전전류량은 충전정보를 근거로 한 소정의 알고리즘을 통해 결정될 수 있다. 공급 가능한 충전전류량은 최대 허용 충전전류량과 같을 수도 있다. 즉, 관리서버(30)가 직접 공급 가능한 충전전류량을 결정하여 충전장치(100)로 전송할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제어부(220)는 (i) 관리서버(30) 및 무선단말장치(40)로부터 수신한 정보를 이용하여 충전을 수행하기 위한 각종 프로그램과 데이터를 저장하기 위한 메모리, (ii) 프로그램을 실행하여 연산 및 제어하기 위한 마이크로프로세서 등을 구비할 수 있다. 적어도 일 실시예에 따르면, 메모리는 램(Random Access Memory: RAM), 롬(Read Only Memory: ROM), 플래시 메모리, 광 디스크, 자기 디스크, 솔리드 스테이트 디스크(Solid State Disk: SSD) 등의 컴퓨터로 판독 가능한 기록/저장매체일 수 있다. 적어도 일 실시예에 따르면, 마이크로프로세서는 명세서에 기재된 동작과 기능을 하나 이상 선택적으로 수행하도록 프로그램될 수 있다. 적어도 일 실시예에 따르면, 마이크로프로세서는 전체 또는 부분적으로 특정한 구성의 주문형반도체(application specific integrated circuit: ASIC) 등의 하드웨어로써 구현될 수 있다.
전원제어부(280)는 제어부(220)에 의해 결정된 충전전류량에 따라 출력전원을 제어하여 충전 인증이 완료된 전기자동차에 대하여 충전전류를 공급한다.
본 발명의 실시예에 따른 전원제어부(280)는 연결감지부(미도시)를 구비하여, 충전케이블이 전원출력부(140)에 접속되는지 여부를 감지하고 충전 가능상태 정보를 제어부(220)로 전송할 수 있다.
제어부(220)는 충전 가능상태 정보 및 최대 허용 충전전류량 정보를 근거로 충전가능여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 충전케이블이 전원출력부(140)에 접속되어 있지 않고 허용 충전전류량이 잔존할 경우, 제어부(220)는 충전이 가능한 상태로 결정하고 표시부(250)에 '충전가능'표시가 나타나도록 제어할 수 있다. 한편, 충전케이블이 전원출력부(140)에 접속되어 있거나 허용 충전전류량이 소정의 임계값 이하인 경우, 제어부(220)는 충전이 불가능한 상태로 결정하고 표시부(250)에 '충전불가'표시가 나타나도록 제어할 수 있다.
제어부(220)가 생성한 충전가능/충전불가 정보는 통신모듈(210)을 통해 관리서버(30)로 전송될 수 있으며, 관리서버(30)는 애플리케이션 등을 통해 사용자 및 관리자의 무선단말장치(40)로 해당 정보를 제공할 수 있다. 이에 따라 사용자는 충전가능한 충전장치를 용이하게 검색할 수 있고, 관리자는 전체적인 충전현황을 용이하게 파악할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제어부(220)는 충전케이블이 전원출력부(140)에 접속될 때, 계측부(270)에서 측정한 충전개시 전류량(즉, 충전장치의 출력 교류전류의 시작값)을 이용하여 전기자동차 배터리의 충전잔량을 예측하고, 예측된 충전잔량을 이용하여 충전개시 예정시간 및 충전완료 예정시간 중 적어도 하나를 계산할 수 있다. 계산된 충전개시 예정시간 및 충전완료 예정시간은 관리서버(30) 및 무선단말장치(40)로 전송될 수 있다.
여기서, 충전개시 예정시간은 충전케이블이 전원출력부(140)에 접속되어 있지 않으나 허용 충전전류량이 임계값 이하여서 충전이 불가능한 경우, 사용자가 일단 충전케이블을 전원출력부(140)에 연결해놓고 충전이 가능할 때까지 대기시키는 경우에 있어서, 충전을 개시할 수 있을 예상시간을 의미한다.
예를 들어, 제어부(220)는 충전개시 전류량 및 전기자동차에 내장된 정류기의 전압으로부터 전기자동차 배터리의 내부저항값을 예측하고, 내부저항값, 정류기의 전압 및 전기자동차에 공급되는 충전전류량으로부터 전기자동차 배터리의 충전잔량을 예측할 수 있다. 전기자동차 내부 배터리의 직류전압값은 충전량에 따라 달라지고, 충전장치의 충전개시 전류량(즉, 출력 교류전류의 시작값)은 전기자동차 내부 배터리의 직류전압값에 따라 달라진다. 따라서, 두 값 사이의 상관관계를 이용하여 배터리의 충전잔량 예측이 가능하다.
전기자동차 충전에 대한 전기요금은 전기자동차의 확산을 위하여 가정용 전기요금보다 낮게 책정되어 있다. 이에 따라, 기타 전기기기를 저렴한 요금으로 사용하기 위하여 전기자동차 충전장치를 악용할 우려가 있다.
이러한 우려를 해소하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(220)는 계측부(270)에서 측정된 충전전류의 패턴을 분석하여 전기자동차가 아닌 다른 전기기기와 연결되어 전기자동차 충전 외의 다른 목적으로의 사용 발생을 감지하고, 관리서버(30)로 다른 목적으로의 사용 발생 정보를 전송하도록 통신모듈(210)을 제어할 수 있다. 도 4를 참조하여 예를 들어 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전장치의 용도 외 사용방지 기능을 설명하기 위한 전류패턴의 예시도이다. 구체적으로, 도 4는 시간에 따른 전기기기 별 소비 전류량의 패턴을 도시한다.
예를 들어, A는 전기자동차 충전전류의 패턴, B는 난방기의 소비전류 패턴, C는 에어컨의 소비전류 패턴을 나타낸다. 전기기기 별 소비전류 패턴은 미리 수집된 정보로부터 추출되어 본 실시예에 따른 충전장치(100) 내 메모리에 저장되거나 외부 서버로부터 제공받을 수 있다.
제어부(220)는 계측부(270)에서 측정된 충전전류의 패턴을 분석하여 기 저장되거나 외부 서버로부터 제공받은 전기기기 별 소비전류 패턴과 비교하여 전기자동차 충전에 의한 전류 패턴과 상이하다고 판단한 경우, 전기자동차 충전 외의 목적으로의 사용이 발생하였다는 알람을 관리서버(30)로 전송할 수 있다. 이에 따라 관리자 또는 전력회사에도 목적 외 사용 알람을 제공하여 해당 충전장치(100)의 전원을 차단하거나 정당한 요금을 부과할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 충전장치(100)는 전원공급부(10) 즉, 일반 상용 콘센트에 접속되어 동작하므로, 불법사용자가 본 실시예의 충전장치(100)를 제거하고 충전케이블을 직접 전원공급부(10)와 연결하여 도전할 우려가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 탈착감시부(260)는 충전장치(100)의 입력플러그(130)의 전압을 감지하여 입력플러그(130)가 상용전원이 공급되는 전원공급부(10)로부터 탈락되는지 여부를 감지할 수 있다.
탈착감시부(260)가 입력플러그(130)의 탈락을 감지하는 경우, 제어부(220)는 관리서버(30)로 충전장치의 식별번호 및 위치정보를 포함하는 탈락정보가 전송되도록 통신모듈(210)을 제어할 수 있다. 관리서버(30)는 사전 등록된 관리자의 무선단말장치(40)로 문자/데이터 등의 형태로 알람을 전송할 수 있다.
전원공급부(10)로부터 탈락됨으로써 전원공급이 중단되는 경우에도 일정시간 알람을 전송하기 위하여 정류모듈(240)에서는 일정용량의 배터리를 구비하여 전원을 공급할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전시스템의 과금 개념도이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 각 충전장치(100) 별 충전정보는 관리서버(30)로 전송되고, 관리서버(30)는 각 충전장치(100) 별 충전정보를 이용하여 전력회사(50)로 사용자 별 충전정보를 제공할 수 있다. 전력회사(50)는 사용자 별 충전정보에 근거하여 일정 장소에 설치된 충전장치(100)를 이용하여 충전을 수행한 특정 사용자에 대하여 해당 충전량에 따른 전기요금을 부과하고, 일정 장소의 소유주(예: 건물주)에 대하여는 전기자동차 충전량을 제외한 전기 사용량에 대해 전기요금을 부과할 수 있다.
이하, 도 6a, 도 6b 및 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전방법은 우선 충전장치(100)가 무선단말장치(40)로부터 사용자 식별정보를 획득하여 충전 인증을 수행하는 과정을 포함한다. 여기서 사용자 식별정보는 충전장치 이용을 위해 미리 등록된 사용자 또는 전기자동차에 부여된 고유정보를 의미할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 무선단말장치(40)에 탑재된 NFC 모듈 또는 별도로 지급된 RFID 모듈을 충전장치(100)에 근접하여 인식시킴으로써 인증절차를 개시할 수 있다. 이 경우, 충전인증부(230)는 RFID 리더 또는 NFC 리더로 구현될 수 있을 것이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전방법의 인증과정을 나타내는 흐름도이다.
도 6a를 참조하면, 무선단말장치(40)는 사용자 식별정보를 포함한 인증요청 메시지를 충전장치(100)로 전송한다(S610). 충전장치(100)는 인증요청 메시지를 관리서버(30)로 전송한다(S620). 관리서버(30)는 사용자 식별정보를 확인하여(S630) 인증결과 메시지를 충전장치(100)로 전송하고(S640), 충전장치(100)는 무선단말장치(40)로 인증결과를 전송한다(S650).
인증이 완료되면, 사용자는 충전장치(100)를 이용하여 충전을 개시할 수 있다(S660). 전술한 바와 같이 충전장치(100)는 관리서버(30)로 충전정보를 전송하고, 관리서버(30)는 충전정보에 근거하여 충전제어정보를 생성하여 충전장치(100)로 전송함으로써 충전이 수행된다(S670). 충전 수행 과정(S670)에 대한 구체적인 설명은 후술한다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 충전 인증을 수행하는 과정은 도 6b와 같을 수 있다.
도 6b를 참조하면, 사용자 무선단말장치(40)는 충전장치 식별정보(ID)를 충전장치(100)에 요청한다(S6100). 여기서 충전장치 식별정보는 해당 충전장치가 설치된 장소, 설치 장소 내 해당 충전장치의 위치, 해당 충전장치의 상태정보 등을 포함할 수 있다.
이에 따라 충전장치(100)는 무선단말장치(40)로 충전장치 식별정보를 전송한다(S6200). 무선단말장치(40)는 사용자 식별정보 및 충전장치 식별정보를 포함한 인증요청 메시지를 관리서버(30)로 전송한다(S6300). 관리서버(30)는 사용자 식별정보 및 충전장치 식별정보를 확인하여 무선단말장치(40)로 인증결과를 전송한다(S6500). 인증이 완료되면, 사용자는 충전장치(100)를 이용하여 충전을 개시할 수 있다(S6600).
이하, 충전 수행 과정(S670)에 대하여 구체적으로 설명한다.
충전 수행 과정(S670)은 충전장치(100)가 i) 충전케이블의 접속상태를 감지하여 관리서버(30)로 충전가능여부 확인요청을 하고, 충전가능여부 확인요청에 따라 관리서버(30)가 최대 허용 충전전류량을 결정하여 충전장치(100)로 응답하는 과정, ii) 충전 인증이 완료되면 충전장치(100)가 최대 허용 충전전류량을 기초로 공급 가능한 충전전류량을 결정하는 과정, iii) 충전장치(100)가 충전케이블을 통해 공급 가능한 충전전류량을 전기자동차에 공급하여 충전을 수행하는 과정, iv) 충전장치(100)가 충전 수행과정에서 계측되는 충전전류량 및 충전전력량, 충전개시정보, 충전진행률정보, 및 충전완료정보 중 적어도 하나를 포함하는 충전정보를 관리서버(30)로 전송하는 과정을 포함할 수 있다.
여기서, 충전진행률정보는 충전개시 예정시간 및 충전완료 예정시간을 포함하는 정보로서 전술한 바와 같이 충전장치(100)의 제어부(220)에서 계산될 수 있다.
충전장치(100)는 최대 허용 충전전류량을 기초로 공급 가능한 충전전류량을 결정하는데, 여기서 공급 가능한 충전전류량은 충전정보를 근거로 한 소정의 알고리즘을 통해 결정될 수 있다. 공급 가능한 충전전류량은 최대 허용 충전전류량과 같을 수도 있다. 즉, 관리서버(30)가 직접 공급 가능한 충전전류량을 결정하여 충전장치(100)로 전송할 수도 있다.
충전이 완료되면(S680) 충전장치(100)는 관리서버(30)로 충전완료를 보고하고 충전정보(예: 총 충전전력량, 사용자 식별정보, 충전장치 식별정보 등)를 전송할 수 있다. 충전정보는 사용자 및 관리자의 무선단말장치(40) 및 전력회사로 제공될 수 있다.
다른 실시예로 충전장치(100) 대신에 무선단말장치(40)가 관리서버(30)와 통신하여 충전 요청 및 충전 완료 보고를 송수신 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전방법의 충전 제어과정을 나타내는 흐름도이다. 구체적으로, 두 개의 충전장치가 존재하는 경우의 제어과정을 예시한다.
도 7을 참조하면, 충전장치 1이 충전케이블과 연결(또는 접속)된 것을 감지하여(S710) 관리서버(30)로 충전가능여부를 확인 요청할 수 있다(S712). 즉, 해당 충전장치로 허용되는 충전전류량이 존재하는지 여부에 대해 확인 요청을 하는 것이다.
이에 따라, 관리서버(30)는 충전장치 1에 대한 충전전류량(또는 최대 허용 충전전류량)을 결정한다(S714). 관리서버(30)는 결정된 충전전류량(또는 최대 허용 충전전류량)을 포함한 충전가능여부에 대한 응답을 충전장치 1로 전송한다(S716). 충전이 가능한 경우, 충전장치 1은 충전을 수행한다(S718)
충전장치 1의 충전수행 중 충전장치 2가 충전케이블 연결을 감지하여(S720) 관리서버(30)로 충전가능여부를 확인 요청하는 경우(S722), 관리서버(30)는 충전장치 1로부터 수신한 충전정보 및 충전 장소의 전력용량을 고려하여 충전장치 1 및 충전장치 2에 대한 충전전류량(또는 최대 허용 충전전류량)을 결정할 수 있다(S724).
과정 S724에서 결정된 충전전류량(또는 최대 허용 충전전류량)에 따라서 관리서버(30)는 충전장치 1로 충전전류량 변경을 지시한다(S726). 이 경우, 충전을 요청한 충전장치가 증가하였으므로 충전장치 별로 허용되는 충전전류량은 감소하게 될 것이다. 과정 S726의 변경지시에 따라서 충전장치 1은 충전전류량을 변경하고(S728), 변경을 보고한다(S730).
관리서버는(30)는 충전장치 2로 결정된 충전전류량(또는 최대 허용 충전전류량)을 포함한 충전가능여부에 대한 응답을 충전장치 2로 전송한다(S732). 이에 따라 충전장치 2가 충전을 수행하는 동안에, 충전장치 1의 충전이 완료(S734)된 경우, 충전장치 1은 관리서버(30)로 충전완료를 보고하고(S736) 관리서버(30)는 다시 충전장치 2에 대한 충전전류량(또는 최대 허용 충전전류량)을 결정한다(S740). 이 경우, 충전장치 1의 충전이 완료되었으므로 충전장치 2에 대한 충전전류량(또는 최대 허용 충전전류량)은 증가할 것이다.
관리서버(30)는 다시 결정한 충전전류량(또는 최대 허용 충전전류량)에 따라서 충전장치 2로 충전전류량 변경지시를 내린다(S742).
2개 이상의 충전장치들에 대하여도 도 7과 상응하는 충전제어과정을 적용할 수 있음은 물론이다.
도 6a, 도 6b 및 도 7에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 6a, 도 6b 및 도 7에 기재된 과정을 변경하여 실행하거나 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 6a, 도 6b 및 도 7은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
도 6a, 도 6b 및 도 7에 기재된 본 실시예에 따른 전기자동차 충전방법은 프로그램으로 구현되고 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 본 실시예에 따른 전기자동차 충전방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록되고 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전관리서버 장치의 개략적인 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 관리서버 장치(30)는 충전인증부(310), 통신모듈(320), 충전전류 관리부(330) 및 충전상태 관리부(340)를 포함한다. 도 8에서는 각각의 구성요소가 독립적으로 존재하는 것으로 표현되어 있으나, 실시예에 따라 복수의 구성요소가 하나의 구성단위로 합쳐져 구성될 수도 있다.
충전인증부(310)는 전기자동차 충전인증요청에 따라 충전인증을 수행한다. 구체적인 인증과정은 충전장치(100)의 충전인증부(230) 및 도 6a와 도 6b에 대해 전술한 바와 상응하므로 설명을 생략한다.
통신모듈(320)은 무선단말장치 및 전기자동차 충전장치와 통신을 수행한다.
충전전류 관리부(330)는 일정 장소에 설치된 복수의 전기자동차 충전장치 각각에 대한 최대 허용 충전전류량을 결정한다. 구체적으로, 충전전류 관리부(330)는 일정 장소에 설치된 복수의 전기자동차 충전장치(100) 각각으로부터 충전정보를 획득하고, 획득한 충전정보 및 일정 장소의 전력용량을 고려하여 실시간으로 최대 허용 충전전류량을 결정할 수 있다. 충전전류 관리부(330)는 복수의 충전장치(100) 각각에 대해 최대 허용 충전전류량 정보를 생성하여 해당 충전장치(100)로 전송할 수 있다.
최대 허용 충전전류량은 해당 장소의 전원차단기 등 각 부품의 정격허용량 내 화재위험 등을 고려하여 안전한 범위 내에서 결정될 수 있다. 예를 들어, 기존 충전차량의 충전완료 또는 신규 충전수요 발생 시, 이에 대한 정보를 포함한 충전정보가 충전장치(100)로부터 충전전류 관리부(330)로 전송되고, 충전전류 관리부(330)는 충전정보 및 충전장치가 설치된 일정 장소의 전력용량 이용하여 최대 허용 충전전류량 정보를 생성하여 해당 충전장치(100)로 전송할 수 있다.
충전전류 관리부(330)는 충전장치(100)로부터 실시간 또는 주기적으로 전송되는 충전정보에 근거하여 최대 허용 충전전류량 정보를 생성하기 때문에 가변적인 충전환경에서도 최적의 충전전류량을 결정하여 충전장치(100)로 제공 가능하다.
충전상태 관리부(340)는 복수의 전기자동차 충전장치(100)로부터 획득한 충전전류량, 충전전력량, 충전개시정보, 충전진행률정보 및 충전완료정보 중 적어도 하나를 포함하는 충전정보를 이용하여 충전상태정보를 생성한다. 충전상태정보는 통신모듈(320)을 통해 무선단말장치(40)로 전송된다. 여기서, 무선단말장치(40)는 사용자 및 충전장치가 설치된 장소의 관리자의 무선단말장치를 모두 포함할 수 있다.
이로써, 본 실시예는 관리자에게 충전 장소 및 충전장치를 용이하게 관리할 수 있는 편의를 제공하고, 사용자에게는 충전현황을 고려하여 용이하게 충전할 수 있는 편의를 제공할 수 있는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예는 전기자동차 완속충전기 분야에 적용되어, 무선통신을 이용하여 인증, 계량, 감시, 표시 등의 기능을 제공함으로써 도전을 방지하고, 관리서버를 통해 각 충전장치의 전력사용 확인 및 제어가 이루어지도록 함으로써 여러 대의 자동차가 동시에 충전되더라도 전원이 차단되고 화재가 발생하는 위험을 방지할 수 있는 유용한 발명이다.
10: 전원공급부 20: 기지국
30: 관리서버 40: 무선단말장치
100: 전기자동차 충전장치 110: 안테나
120: 충전제어모듈 130: 입력플러그
140: 전원출력부 210: 통신모듈
220: 제어부 230: 충전인증부
240: 정류모듈 250: 표시부
260: 탈착감시부 270: 계측부
280: 전원제어부 310: 충전인증부
320: 통신모듈 330: 충전전류 관리부
340: 충전상태 관리부

Claims (10)

  1. 무선통신을 이용한 전기자동차 충전장치에 있어서,
    관리서버 및 무선단말장치와 통신을 수행하는 통신모듈;
    상기 통신모듈을 통해 전기자동차 충전 인증 정보를 획득하는 충전인증부;
    전기자동차로 공급되는 충전전류량 및 충전전력량 중 적어도 하나를 계측하는 계측부;
    충전인증요청, 충전상태, 충전전류량 및 충전전력량 중 적어도 하나의 정보를 포함하는 충전정보를 상기 관리서버로 전송하고, 상기 관리서버로부터 획득한 최대 허용 충전전류량 정보를 이용하여 공급 가능한 충전전류량을 결정하는 제어부; 및
    상기 제어부에 의해 결정된 충전전류량에 따라 출력전원을 제어하여 충전 인증이 완료된 전기자동차에 대하여 충전전류를 공급하는 전원제어부
    를 포함하는 전기자동차 충전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 최대 허용 충전전류량 정보는,
    상기 관리서버가 일정 장소에 설치된 복수의 전기자동차 충전장치 각각으로부터 수신한 상기 충전정보 및 상기 일정 장소의 전력용량을 고려하여 실시간으로 결정되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 무선단말장치를 통해 획득된 사용자 식별정보를 포함한 인증요청 메시지를 상기 통신모듈을 통해 상기 관리서버로 전송하고, 상기 관리서버로부터 인증요청 결과 메시지를 수신하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 통신모듈을 통해 상기 무선단말장치로 충전장치 식별정보를 전송하고,
    상기 무선단말장치는 사용자 식별정보 및 상기 충전장치 식별정보를 포함한 인증요청 메시지를 상기 관리서버로 전송하고 상기 관리서버로부터 인증결과를 수신하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전원제어부는 충전 가능상태 정보를 상기 제어부로 전송하고,
    상기 제어부는 상기 충전 가능상태 정보 및 상기 최대 허용 충전전류량 정보를 근거로 충전가능여부를 결정하고, 상기 계측부에서 측정한 충전개시 전류량을 이용하여 전기자동차 배터리의 충전잔량을 예측하고, 예측된 충전잔량을 이용하여 충전개시 예정시간 및 충전완료 예정시간 중 적어도 하나를 계산하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 계측부에서 측정된 충전전류의 패턴을 분석하여 전기자동차가 아닌 다른 전기기기와 연결되어 전기자동차 충전 외의 다른 목적으로의 사용 발생을 감지하고, 상기 관리서버로 다른 목적으로의 사용 발생 정보를 전송하도록 상기 통신모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 충전장치의 입력플러그의 전압을 감지하여 상기 입력플러그가 상용전원이 공급되는 전원공급부로부터 탈락되는지 여부를 감지하는 탈착감시부를 더 포함하고,
    상기 탈착감시부가 상기 입력플러그의 탈락을 감지하는 경우, 상기 제어부는 상기 관리서버로 상기 충전장치의 식별번호 및 위치정보를 포함하는 탈락정보가 전송되도록 상기 통신모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 탈착감시부가 탈락된 상기 입력플러그가 상기 전원공급부에 다시 연결되는 것을 감지하는 경우, 상기 제어부는 상기 관리서버로 탈락해제정보가 전송되도록 상기 통신모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전장치.
  9. 전기자동차 충전인증요청에 따라 충전인증을 수행하는 충전인증부;
    무선단말장치 및 전기자동차 충전장치와 통신을 수행하는 통신모듈;
    일정 장소에 설치된 복수의 전기자동차 충전장치 각각에 대한 최대 허용 충전전류량을 결정하는 충전전류 관리부; 및
    상기 복수의 전기자동차 충전장치로부터 획득한 충전전류량, 충전전력량, 충전개시정보, 충전진행률정보 및 충전완료정보 중 적어도 하나를 포함하는 충전정보를 이용하여 충전상태정보를 생성하고, 상기 통신모듈을 통해 상기 무선단말장치로 상기 충전상태정보를 전송하는 충전상태 관리부
    를 포함하는 전기자동차 충전관리서버 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 충전전류 관리부는,
    상기 일정 장소의 전력용량 및 상기 일정 장소에 설치된 복수의 전기자동차 충전장치 각각으로부터 획득한 상기 충전정보를 고려하여 상기 최대 허용 충전전류량을 실시간으로 결정하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전관리서버 장치.
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